KR20090095749A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents

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이해정
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Abstract

A method for fabricating a semiconductor device is provided to improve the uniformity of a target layer by preventing the deformation of an amorphous carbon film. In a method for fabricating a semiconductor device, an amorphous carbon film(22) is formed on a target layer(21). A hydrogen in the amorphous carbon film is removed, and a pattern is formed by etching the target layer with amorphous carbon film in which the hydrogen is removed as a etch barrier. An impurity is doped to the amorphous carbon film and C-H bond is separated from the amorphous carbon film.

Description

반도체 소자의 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}Manufacturing method of semiconductor device {METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비정질탄소막(amorphous carbon layer)을 식각장벽(etch barrier)으로 사용하는 식각공정에서 비정질탄소막의 변형을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device capable of preventing deformation of an amorphous carbon film in an etching process using an amorphous carbon layer as an etch barrier. It is about.

반도체 소자가 고집적화됨에 따라 마스크(mask) 공정시 포토레지스트(Photo Resist, PR)의 마진부족으로 인하여 포토레지스트만으로는 피식각층의 식각이 점점 어려워지고 있다. As semiconductor devices are highly integrated, etching of the etching target layer is becoming more difficult with photoresist alone due to a lack of a margin of photoresist (PR) during a mask process.

이를 해결하기 위하여 포토레지스트의 하부에 하드마스크(hardmask)을 개재시키는 방식이 제안되었다. 여기서, 하드마스크로는 비정질탄소막(Amorphous Carbon Layer, ACL)을 많이 사용하고 있다. In order to solve this problem, a method of interposing a hard mask under the photoresist has been proposed. In this case, an amorphous carbon layer (ACL) is often used as a hard mask.

도 1a 내지 도 1b는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 공정단면도이고, 도 2는 종래기술에 따른 반도체 소자의 문제점을 나타낸 이미지이다.1A to 1B are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art, and FIG. 2 is an image illustrating a problem of the semiconductor device according to the prior art.

도 1a에 도시된 바와 같이, 피식각층(11) 상에 실리콘질화막(Si3N4, 12) 및 비정질탄소막을 형성한다. 이때, 실리콘질화막(12)과 비정질탄소막을 하드마스크로서 기능을 수행한다. As shown in FIG. 1A, silicon nitride films Si 3 N 4 and 12 and an amorphous carbon film are formed on the etched layer 11. At this time, the silicon nitride film 12 and the amorphous carbon film function as a hard mask.

다음으로, 비정질탄소막 상에 포토레지스트패턴(14)을 형성한 후, 포토레지스트패턴(14)을 식각장벽(etch barrier)으로 비정질탄소막을 식각하여 비정질탄소막패턴(13)을 형성한다. Next, after the photoresist pattern 14 is formed on the amorphous carbon film, the amorphous carbon film is etched using the photoresist pattern 14 as an etch barrier to form the amorphous carbon film pattern 13.

도 1b에 도시된 바와 같이, 비정질탄소막패턴(13)을 식각장벽으로 실리콘질화막(12)을 식각하여 실리콘질화막패턴(12A)을 형성한다. 이때, 식각공정은 CF4, O2 및 Ar이 혼합된 혼합가스 플라즈마를 사용하여 실시한다.As shown in FIG. 1B, the silicon nitride film 12 is etched using the amorphous carbon film pattern 13 as an etch barrier to form the silicon nitride film pattern 12A. In this case, the etching process is performed using a mixed gas plasma in which CF 4 , O 2 and Ar are mixed.

다음으로, 실리콘질화막패턴(12A) 및 비정질탄소막패턴(13)을 식각장벽으로 피식각층(11)을 식각하여 패턴(미도시)을 형성한다. Next, the etching target layer 11 is etched using the silicon nitride film pattern 12A and the amorphous carbon film pattern 13 as an etch barrier to form a pattern (not shown).

하지만, 종래기술에서 비정질탄소막(13)은 탄소-탄소 결합(C-C bond) 및 탄소-수소 결합(C-H bond)이 혼합되어 있는 결합구조를 갖는데, 실리콘질화막패턴(12A)을 형성하는 과정에서 식각플라즈마 내의 불소(F)성분 또는 산소(O)성분에 의하여 비정질탄소막패턴(13) 내 탄소-수소 결합이 끊어지면서 비정질탄소막패턴(13)의 변형이 발생하는 문제점이 있다. 이러한 비정질탄소막패턴(13A)의 변형은 높은 에너지를 갖는 플라즈마 이온, 특히 아르곤이온이 피식각층(11)에 충돌하여 피식각층(11)의 온도를 상승시키고, 이에 따라 비정질탄소막패턴(13)이 열팽창하면서 더욱 심화되는 문제점이 있다. However, in the related art, the amorphous carbon film 13 has a bonding structure in which a carbon-carbon bond and a carbon-hydrogen bond are mixed. An etching plasma is formed in the process of forming the silicon nitride film pattern 12A. The carbon-hydrogen bond in the amorphous carbon film pattern 13 is broken by the fluorine (F) component or the oxygen (O) component therein so that the deformation of the amorphous carbon film pattern 13 occurs. The deformation of the amorphous carbon film pattern 13A causes plasma ions having high energy, particularly argon ions, to collide with the etched layer 11 to raise the temperature of the etched layer 11, thereby causing the amorphous carbon film pattern 13 to thermally expand. There is a problem that is further deepened.

도 2를 참조하면, 실리콘질화막패턴(12A)을 형성하는 과정에서 발생한 비정질탄소막패턴(13)의 변형으로 인하여 실리콘질화막패턴(12A)의 선폭 균일도가 매우 불량한 것을 알 수 있다. 이러한 비정질탄소막패턴(13)의 변형은 반도체 소자의 고집적화를 어렵게 하며, 반도체 소자의 제조 수율(yield)을 저하시키는 문제점이 있다. Referring to FIG. 2, it can be seen that the line width uniformity of the silicon nitride film pattern 12A is very poor due to the deformation of the amorphous carbon film pattern 13 generated in the process of forming the silicon nitride film pattern 12A. Such deformation of the amorphous carbon film pattern 13 makes it difficult to integrate the semiconductor device and has a problem of lowering the manufacturing yield of the semiconductor device.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 비정질탄소막을 하드마스크로 사용하는 식각공정에서, 비정질탄소막의 변형을 방지하여 피식각층의 패턴 균일도를 증가시킬 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, a semiconductor device manufacturing method that can increase the pattern uniformity of the etching layer by preventing the deformation of the amorphous carbon film in the etching process using the amorphous carbon film as a hard mask. The purpose is to provide.

상기 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은, 피식각층 상에 비정질탄소막을 형성하는 단계; 상기 비정질탄소막 내 수소를 제거하는 단계 및 수소가 제거된 상기 비정질탄소막을 식각장벽으로 상기 피식각층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: forming an amorphous carbon film on an etched layer; Removing hydrogen in the amorphous carbon film and etching the etched layer using the amorphous carbon film from which hydrogen is removed as an etch barrier to form a pattern.

상기 수소를 제거하는 단계는, 상기 비정질탄소막에 불순물을 도핑하여 상기 비정질탄소막내 탄소-수소 결합을 분리시키는 단계 및 분리된 상기 수소와 도핑된 상기 불순물이 결합된 화합물을 제거하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 불순물은 붕소(B)를 포함할 수 있으며, 상기 불순물 도핑은 이온주입법을 사용하여 실시할 수 있다. The step of removing hydrogen includes doping impurities in the amorphous carbon film to separate carbon-hydrogen bonds in the amorphous carbon film, and removing the separated hydrogen-doped compound. In this case, the impurity may include boron (B), and the impurity doping may be performed using an ion implantation method.

상기 불순물 도핑은 20 ~ 100KeV 범위의 이온주입 에너지와 1×1017 ~ 1×1018 atoms/cm3 범위의 도즈량으로 붕소를 이온주입할 수 있다. In the impurity doping, boron may be ion implanted at an ion implantation energy in a range of 20 to 100 KeV and a dose amount in a range of 1 × 10 17 to 1 × 10 18 atoms / cm 3 .

상기 화합물을 제거하는 단계는, 열처리를 통해 진행할 수 있다. 상기 열처리는 퍼니스열처리(furnace thermal process) 또는 급속열처리(rapid thermal process)를 사용할 수 있다. Removing the compound may be performed by heat treatment. The heat treatment may use a furnace thermal process or a rapid thermal process.

상기 피식각층은 불소(F)를 포함하는 가스, 산소(O)를 포함하는 가스 및 불소(F)를 포함하는 가스와 산소(O)를 포함하는 가스가 혼합된 혼합가스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 가스로 식각되는 물질막을 포함할 수 있다. The etched layer is any one selected from the group consisting of a gas containing fluorine (F), a gas containing oxygen (O), and a gas containing fluorine (F) and a mixed gas in which a gas containing oxygen (O) is mixed. It may include a material film etched with a gas.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 일 측면에 따른 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은, 질화막 상에 비정질탄소막을 형성하는 단계; 상기 비정질탄소막에 붕소를 도핑하여 상기 비정질탄소막 내 탄소-수소 결합을 분리시키는 단계; 분리된 상기 수소와 상기 붕소가 결합된 화합물을 제거하기 위한 열처리단계 및 상기 비정질탄소막을 식각장벽으로 상기 질화막을 식각하여 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device includes: forming an amorphous carbon film on a nitride film; Doping boron to the amorphous carbon film to separate carbon-hydrogen bonds in the amorphous carbon film; And a heat treatment step for removing the separated hydrogen and the boron-bonded compound and etching the nitride film with the amorphous carbon film as an etch barrier to form a pattern.

상기 붕소는 이온주입법을 사용하여 도핑할 수 있다, 구체적으로, 상기 붕소는 20 ~ 100KeV 범위의 이온주입 에너지와 1×1017~ 1×1018 atoms/cm3 범위의 도즈량으로 이온주입할 수 있다. The boron may be doped using an ion implantation method. Specifically, the boron may be ion implanted at an ion implantation energy ranging from 20 to 100 KeV and a dose amount ranging from 1 × 10 17 to 1 × 10 18 atoms / cm 3. have.

상기 열처리는 퍼니스열처리(furnace thermal process) 또는 급속열처리(rapid thermal process)를 사용하여 실시할 수 있다. The heat treatment can be carried out using a furnace thermal process or a rapid thermal process.

상기 패턴을 형성하는 단계는, 불소(F)를 포함하는 가스, 산소(O)를 포함하는 가스 및 아르곤(Ar)가스가 혼합된 혼합가스 플라즈마를 사용하여 실시할 수 있 다. The forming of the pattern may be performed using a mixed gas plasma in which a gas containing fluorine (F), a gas containing oxygen (O), and an argon (Ar) gas are mixed.

상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 바탕으로 하는 본 발명은 비정질탄소막의 변형을 방지하고 이를 통해 피식각층의 패턴 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The present invention based on the problem solving means described above has the effect of preventing the deformation of the amorphous carbon film and thereby improving the pattern uniformity of the etched layer.

이로써, 반도체 소자의 고집적화를 용이하게 실현할 수 있으며, 반도체 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Thereby, high integration of a semiconductor element can be easily realized, and there exists an effect which can improve the manufacturing yield of a semiconductor element.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위해 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.

본 발명은 비정질탄소막(Amorphous Carbon Layer, ACL)을 식각장벽(etch barrier)로 사용하는 식각공정에서, 비정질탄소막의 변형을 방지하여 피식각층의 패턴 균일도를 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device that can increase the pattern uniformity of the etched layer by preventing the deformation of the amorphous carbon film in an etching process using an amorphous carbon layer (ACL) as an etch barrier. It is to.

이를 위하여 본 발명은 탄소-탄소 결합(C-C bond) 및 탄소-수소 결합(C-H bond)이 혼합된 결합구조는 갖는 비정질탄소막 내 수소(H)를 제거하여 비정질탄소막의 경도(hardness)를 증가시킴으로써, 비정질탄소막의 변형을 방지하는 것을 기술적 원리로 한다.To this end, the present invention is to remove the hydrogen (H) in the amorphous carbon film having a carbon-carbon bond (CC bond) and a carbon-hydrogen bond (CH bond) mixed structure to increase the hardness (hardness) of the amorphous carbon film, It is a technical principle to prevent deformation of the amorphous carbon film.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 공정단면도이다.3A through 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이, 피식각층(21) 상에 비정질탄소막(ACL, 22)을 형성하다. 이때, 비정질탄소막(22)은 피식각층(21)에 대한 하드마스크로서 기능을 수행한다.As shown in FIG. 3A, an amorphous carbon film (ACL) 22 is formed on the etched layer 21. At this time, the amorphous carbon film 22 functions as a hard mask for the etched layer 21.

비정질탄소막(22)은 플라즈마화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)을 이용하여 탄화수소가스(CxHy, x,y는 자연수)와 비활성가스가 혼합된 혼합가스를 사용하여 형성할 수 있다. 탄화수소가스로는 프로필렌(C3H6), 프로핀(C3H4), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10), 부틸렌(C4H8), 부타디엔(C4H6) 및 아세테린(C2H2)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들이 혼합된 혼합가스를 사용할 수 있다. 비활성가스로는 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He)을 사용할 수 있다. The amorphous carbon film 22 may be formed using a mixed gas of a hydrocarbon gas (C x H y , x, y is natural water) and an inert gas by using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). have. Hydrocarbon gases include propylene (C 3 H 6 ), propene (C 3 H 4 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ), butylene (C 4 H 8 ), butadiene (C 4 H 6 ) and aceterin (C 2 H 2 ) It can be used any one selected from the group consisting of or a mixed gas thereof. Argon (Ar) or helium (He) may be used as the inert gas.

여기서, 비정질탄소막(22)은 탄소-탄소 결합(C-C bond) 및 탄소-수소 결합(C-H bond)이 혼합된 결합구조를 가질 수 있다. 비정질탄소막(22) 내 탄소-수소 결합에 비하여 탄소-탄소 결합의 비중이 높을수록 즉, 비정질탄소막(22) 내 탄소의 밀도가 높을수록 비정질탄소막(22)의 경도가 증가한다. 비정질탄소막(22)의 경도가 증가할수록 식각공정에 대한 비정질탄소막(22)의 식각내성이 증가한다. Here, the amorphous carbon film 22 may have a bonding structure in which a carbon-carbon bond (C-C bond) and a carbon-hydrogen bond (C-H bond) are mixed. As the specific gravity of the carbon-carbon bond is higher than that of the carbon-hydrogen bond in the amorphous carbon film 22, that is, the density of the carbon in the amorphous carbon film 22 increases, the hardness of the amorphous carbon film 22 increases. As the hardness of the amorphous carbon film 22 increases, the etching resistance of the amorphous carbon film 22 for the etching process increases.

한편, 피식각층(21)은 실리콘막, 산화막, 질화막, 산화질화막(oxynitride), 금속막, 금속질화막 또는 금속실리사이드막과 같은 다양한 종류의 물질막을 포함할 수 있다. 이때, 피식각층(21)이 불소(F)를 포함하는 가스, 산소(O)를 포함하는 가스 및 불소(F)를 포함하는 가스와 산소(O)를 포함하는 가스가 혼합된 혼합가스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 가스로 식각되는 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 피식각층(21)은 질화막 예컨대, 실리콘질화막(Si3N4)으로 형성하는 것이 바람직하다. The etching target layer 21 may include various kinds of material films, such as a silicon film, an oxide film, a nitride film, an oxynitride, a metal film, a metal nitride film, or a metal silicide film. At this time, the etched layer 21 is composed of a gas containing fluorine (F), a gas containing oxygen (O), a gas containing fluorine (F), and a mixed gas containing a gas containing oxygen (O). It is preferable to form the material film which is etched by any gas selected from the group. For example, the etching target layer 21 may be formed of a nitride film such as silicon nitride film (Si 3 N 4 ).

다음으로, 비정질탄소막(22)내 수소(H)를 제거하여 비정질탄소막(22) 내 탄소 밀도를 증가시킴으로써, 비정질탄소막(22)의 경도를 증가시킨다. 이를 도 3b 및 도 3c를 참조하여 구체적으로 설명한다. Next, by removing hydrogen (H) in the amorphous carbon film 22 to increase the carbon density in the amorphous carbon film 22, the hardness of the amorphous carbon film 22 is increased. This will be described in detail with reference to FIGS. 3B and 3C.

도 3b에 도시된 바와 같이, 비정질탄소막(22)에 불순물을 도핑한다. 불순물은 붕소(B)를 포함할 수 있고, 불순물 도핑은 이온주입법(ion implatation)을 사용하여 실시할 수 있다. 예컨대, 비정질탄소막(22)에 붕소를 이온주입 할 경우, 20 ~ 100KeV 범위의 이온주입 에너지를 사용하여 1×1017~ 1×1018 atoms/cm3 범위의 도즈량으로 BF2를 이온주입할 수 있다. As shown in FIG. 3B, impurities are doped in the amorphous carbon film 22. The impurity may include boron (B), and the impurity doping may be carried out using ion implatation. For example, when boron is ion implanted into the amorphous carbon film 22, BF 2 is ion implanted at a dose of 1 × 10 17 to 1 × 10 18 atoms / cm 3 using ion implantation energy in the range of 20 to 100 KeV. Can be.

이처럼, 비정질탄소막(22)에 붕소를 이온주입하면, 붕소의 이온주입 에너지로 인하여 비정질탄소막(22) 내부에서 탄소-탄소 결합에 비하여 상대적으로 결합력이 약한 탄소-수소 결합이 분리된다. 분리된 수소와 주입된 붕소가 서로 결합하여 소정의 화합물 예컨대, BHx(x는 자연수)와 같은 화합물이 생성된다. 이로써, 비정질탄소막(22) 내 탄소와 결합하고 있는 수소를 제거하여 비정질탄소막(22) 내 탄소 밀도를 증가시킬 수 있다.As described above, when boron is ion implanted into the amorphous carbon film 22, the carbon-hydrogen bond having a relatively weak bonding force is separated from the carbon-carbon bond inside the amorphous carbon film 22 due to the ion implantation energy of boron. The separated hydrogen and the injected boron combine with each other to produce a compound, such as BH x (x is a natural number). As a result, the carbon density in the amorphous carbon film 22 may be increased by removing hydrogen bonded to the carbon in the amorphous carbon film 22.

한편, 비정질탄소막(22)에 불순물을 도핑하여 생성된 화합물 예컨대, BHx(x는 자연수)이 막내 잔류할 경우 막질이 저하될 우려가 있다. 또한, 탄소-수소 결합으로부터 분리된 탄소는 댕글링본드(dangling bond)를 갖기 때문에 막내 결합구조를 불안정하게 하고, 댕글링본드가 트랩사이트(trap site)로 작용하여 막질을 저하시키 우려가 있다. On the other hand, if the compound produced by doping the amorphous carbon film 22 with impurities, for example, BH x (where x is a natural number) remains in the film, the film quality may be degraded. In addition, since the carbon separated from the carbon-hydrogen bond has a dangling bond, the bond structure in the membrane may become unstable, and the dangling bond may act as a trap site to reduce the film quality.

따라서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 비정질탄소막(22)을 열처리하여 비정질탄소막(22) 내 화합물을 제거함과 동시에 분리된 탄소들 사이의 재결합 유도한다. 구체적으로, 열처리를 통하여 비정질탄소막(22)에 제공되는 열에너지에 의하여 비정질탄소막(22) 내 화합물이 휘발되면서 제거되고, 분리된 탄소들이 서로 재결합하여 탄소-탄소 결합을 형성한다. 이러한 열처리를 통하여 비정질탄소막(22) 내 잔류하는 화합물 및 댕글링본드를 제거함으로써, 비정질탄소막(22)의 결합구조를 안정화시키고, 막질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 3C, the amorphous carbon film 22 is heat-treated to remove the compound in the amorphous carbon film 22 and to induce recombination between the separated carbons. Specifically, the compounds in the amorphous carbon film 22 are removed by volatilization by thermal energy provided to the amorphous carbon film 22 through heat treatment, and the separated carbons recombine with each other to form a carbon-carbon bond. By removing the compound and the dangling bond remaining in the amorphous carbon film 22 through the heat treatment, the bonding structure of the amorphous carbon film 22 can be stabilized and the film quality can be prevented from being lowered.

여기서, 열처리는 퍼니스열처리(furnace thermal process) 또는 급속열처리(rapid thermal process)를 사용하여 실시할 수 있다. 그리고, 열처리온도 및 열처리시간은 비정질탄소막(22)이 손상되지 않는 범위에서 비정질탄소막(22) 내 화합물을 휘발시킬 수 있는 조건으로 진행한다. 예컨대, 퍼니스열처리를 사용할 경우, 질소(N2)분위기에서 600℃ ~ 800℃ 범위의 온도로 30분 ~ 60분 범위의 시간 동안 실시할 수 있다. 급속열처리를 사용할 경우, 질소(N2)분위기에서 800℃ ~ 1200℃ 범위의 온도로 30초 ~ 200초 범위의 시간 동안 실시할 수 있다.Here, the heat treatment may be performed using a furnace thermal process or a rapid thermal process. In addition, the heat treatment temperature and the heat treatment time proceed to the conditions that can volatilize the compound in the amorphous carbon film 22 in a range in which the amorphous carbon film 22 is not damaged. For example, when the furnace heat treatment is used, it may be carried out in a nitrogen (N 2 ) atmosphere at a temperature ranging from 600 ° C. to 800 ° C. for a time ranging from 30 minutes to 60 minutes. When rapid heat treatment is used, it may be carried out in a nitrogen (N 2 ) atmosphere at a temperature in the range of 800 ° C. to 1200 ° C. for a time in the range of 30 seconds to 200 seconds.

한편, 불순물을 도핑하지 않고, 열처리만을 진행하여 비정질탄소막(22)의 경도를 증가시킬 수도 있다. 구체적으로, 열처리시 비정질탄소막(22)에 가해지는 열에너지로 인하여 탄소-탄소 결합에 비하여 상대적으로 결합력이 약한 탄소-수소 결합이 분리된다. 이때, 분리된 수소는 비정질탄소막(22) 외부로 휘발되고, 분리된 탄소들은 서로 재결합하여 탄소-탄소 결합을 형성함으로써, 비정질탄소막(22) 내 탄소밀도를 증가시켜 비정질탄소막(22)의 경도를 증가시킬 수 있다. Meanwhile, the hardness of the amorphous carbon film 22 may be increased by only performing heat treatment without doping impurities. Specifically, due to the thermal energy applied to the amorphous carbon film 22 during heat treatment, the carbon-hydrogen bond having a relatively weak bonding force is separated from the carbon-carbon bond. At this time, the separated hydrogen is volatilized to the outside of the amorphous carbon film 22, and the separated carbons recombine with each other to form a carbon-carbon bond, thereby increasing the carbon density in the amorphous carbon film 22 to increase the hardness of the amorphous carbon film 22. Can be increased.

하지만, 비정질탄소막(22)은 잘 알려진 바와 같이, 탄소(C)을 함유하고 있기 때문에 열처리 온도 및 열처리 시간에 한계가 있다. 따라서, 열처리만을 실시하여 비정질탄소막(22)의 경도를 증가시킬 경우, 비정질탄소막(22)이 손상될 우려가 있다. 또한, 과도한 열처리공정은 비정질탄소막(22)의 열팽창을 유발하여 비정질탄소막(22)이 변형될 우려가 있다. 따라서, 열처리만을 진행하여 비정질탄소막(22)의 경도를 증가시키는 것을 바람직하지 않다. However, since the amorphous carbon film 22 contains carbon (C) as is well known, there is a limit in the heat treatment temperature and the heat treatment time. Therefore, when only the heat treatment is performed to increase the hardness of the amorphous carbon film 22, the amorphous carbon film 22 may be damaged. In addition, an excessive heat treatment process may cause thermal expansion of the amorphous carbon film 22, which may deform the amorphous carbon film 22. Therefore, it is not desirable to increase the hardness of the amorphous carbon film 22 by only performing heat treatment.

정리하면, 본 발명은 비정질탄소막(22)에 불순물을 도핑한 후, 열처리를 실시하여 비정질탄소막(22)의 경도를 증가시킴으로써, 열처리공정에 대한 비정질탄소막(22)의 부담을 감소시킬 수 있다. 또한, 보다 효과적으로 비정질탄소막(22) 내 수소를 제거할 수 있으며, 안정적으로 비정질탄소막(22)의 경도를 증가시킬 수 있다. In summary, the present invention can reduce the burden of the amorphous carbon film 22 on the heat treatment process by doping impurities to the amorphous carbon film 22 and then performing heat treatment to increase the hardness of the amorphous carbon film 22. In addition, hydrogen in the amorphous carbon film 22 can be more effectively removed, and the hardness of the amorphous carbon film 22 can be increased stably.

이하, 상술한 불순물 도핑 및 열처리를 통하여 경도가 증가된 비정질탄소막(22)의 도면부호를 '23'로 변경하여 표기한다.Hereinafter, the reference numeral of the amorphous carbon film 22 whose hardness is increased through the above-described impurity doping and heat treatment is changed to '23'.

도 3d에 도시된 바와 같이, 비정질탄소막(23) 상에 실리콘산화질화막(SiON, 24)을 형성한다. 실리콘산화질화막(24)은 비정질탄소막(23)에 대한 하드마스크로서 기능을 수행한다.As shown in FIG. 3D, a silicon oxynitride film (SiON) 24 is formed on the amorphous carbon film 23. The silicon oxynitride film 24 functions as a hard mask for the amorphous carbon film 23.

다음으로, 실리콘산화질화막(24) 상에 포토레지스트패턴(25)을 형성한다. Next, the photoresist pattern 25 is formed on the silicon oxynitride film 24.

도 3e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트패턴(25)을 식각장벽(etch barrier)으로 실리콘산화질화막(24)을 식각하여 실리콘산화질화막패턴(24A)을 형성한다. As shown in FIG. 3E, the silicon oxynitride layer 24 is etched using the photoresist pattern 25 as an etch barrier to form the silicon oxynitride layer pattern 24A.

다음으로, 실리콘산화질화막패턴(24A)을 식각장벽으로 비정질탄소막(23)을 식각하여 비정질탄소막패턴(23A)을 형성한다. 이때, 비정질탄소막패턴(23A)을 형성하기 위한 식각공정은 산소(O)를 포함하는 가스의 플라즈마를 이용한 건식식각으로 진행할 수 있다. Next, the amorphous carbon film pattern 23A is etched using the silicon oxynitride film pattern 24A as an etch barrier to form the amorphous carbon film pattern 23A. In this case, the etching process for forming the amorphous carbon film pattern 23A may be performed by dry etching using a plasma of a gas containing oxygen (O).

구체적으로, 비정질탄소막패턴(23A)을 형성하기 위한 식각공정은 CCP(Capacitive Coupled Plasma) 또는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 타입(type)의 고밀도 플라즈마 식각장치(high density plasma etch device)를 사용하여 산소를 포함하는 가스와 아르곤(Ar)가스 또는 질소(N2)가스가 혼합된 혼합가스의 플라즈마를 사용하여 실시할 수 있다. 이때, 산소를 포함하는 가스로는 산소(O2)가스 또는 이산화황(SO2)가스를 사용할 수 있다.Specifically, the etching process for forming the amorphous carbon film pattern 23A uses oxygen using a high density plasma etch device of a capacitive coupled plasma (CCP) or inductively coupled plasma (ICP) type. It can be carried out using a plasma of a gas mixture containing a gas and argon (Ar) gas or nitrogen (N 2 ) gas mixture. In this case, oxygen (O 2 ) gas or sulfur dioxide (SO 2 ) gas may be used as the gas containing oxygen.

한편, 포토레지스트패턴(25) 및 실리콘산화질화막패턴(24A)은 비정질탄소막패턴(23A)을 형성하는 과정에서 모두 소모되어 제거될 수 있다. Meanwhile, both the photoresist pattern 25 and the silicon oxynitride layer pattern 24A may be consumed and removed in the process of forming the amorphous carbon layer pattern 23A.

도 3f에 도시된 바와 같이, 비정질탄소막패턴(23A)을 식각장벽으로 피식각층(21)을 식각하여 피식각층패턴(21A)을 형성한다. 이때, 피식각층패턴(21A)을 형 성하기 위한 식각공정은 불소(F)를 포함하는 가스, 산소(O)를 포함하는 가스 및 불소(F)를 포함하는 가스와 산소(O)를 포함하는 가스가 혼합된 혼합가스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 가스의 플라즈마를 이용한 건식식각으로 진행할 수 있다.As shown in FIG. 3F, the etching target layer 21 is etched using the amorphous carbon film pattern 23A as an etching barrier to form the etching target layer pattern 21A. At this time, the etching process for forming the etched layer pattern 21A includes a gas containing fluorine (F), a gas containing oxygen (O), and a gas containing fluorine (F) and oxygen (O). The process may be performed by dry etching using a plasma of any one gas selected from the group consisting of mixed gases.

구체적으로, 피식각층패턴(21A)을 형성하기 위한 식각공정은 CCP 또는 ICP 타입의 고밀도 플라즈마 식각장치를 사용하여 불소(F)를 포함하는 가스, 산소(O)를 포함하는 가스 및 아르곤(Ar)가스가 혼합된 혼합가스 플라즈마를 사용하여 실시할 수 있다. 불소를 포함하는 가스로는 불화탄소가스 또는 불화메탄가스를 사용할 수 있다. 불화탄소가스로는 CF4, C2F6 또는 C3F8을 사용할 수 있고, 불화메탄가스로는 CHF3을 사용할 수 있다. 산소(O)를 포함하는 가스로는 산소(O2)가스를 사용할 수 있다. Specifically, the etching process for forming the etched layer pattern 21A includes a gas containing fluorine (F), a gas containing oxygen (O), and argon (Ar) using a high-density plasma etching apparatus of a CCP or ICP type. It can be carried out using a mixed gas plasma mixed with gas. As the gas containing fluorine, carbon fluoride gas or methane fluoride gas may be used. CF 4 , C 2 F 6 or C 3 F 8 may be used as the fluorocarbon gas, and CHF 3 may be used as the methane fluoride gas. As a gas containing oxygen (O), oxygen (O 2 ) gas may be used.

여기서, 본 발명은 불순물 도핑 및 열처리를 통하여 비정질탄소막(23) 내 수소를 제거하여 비정질탄소막(23)의 경도를 증가시킴으로써, 피식각층패턴(21A)을 형성하는 과정에서 식각플라즈마 내 불소(F)성분 또는 산소(O)성분에 의하여 비정질탄소막패턴(23A)이 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 비정질탄소막(23)의 경도를 증가시킴으로써, 식각플라즈마 내 높은 에너지를 갖는 플라즈마 이온 예컨대, 아르곤이온의 의하여 비정질탄소막패턴(23A)의 열팽창에 의한 변형을 감소시킬 수 있다. Here, the present invention removes hydrogen in the amorphous carbon film 23 through impurity doping and heat treatment to increase the hardness of the amorphous carbon film 23, thereby forming etch layer pattern 21A in the process of forming the etching target layer pattern 21A. It is possible to prevent the amorphous carbon film pattern 23A from being deformed by the component or the oxygen (O) component. In addition, by increasing the hardness of the amorphous carbon film 23, deformation due to thermal expansion of the amorphous carbon film pattern 23A by plasma ions having high energy in the etching plasma, for example, argon ions, can be reduced.

이와 같이, 본 발명은 비정질탄소막패턴(23A)이 변형되는 것을 방지함으로 서, 피식각층패턴(21A)의 패턴 균일도, 비정질탄소막(23)을 식각장벽으로 사용하는 식각공정에 대한 안정성 및 제조 수율(yield)을 향상시킬 수 있으며, 반도체 소자의 고집적화를 용이하게 실현할 수 있다. As described above, the present invention prevents the amorphous carbon film pattern 23A from being deformed, thereby improving the pattern uniformity of the etching target layer pattern 21A, the stability and the manufacturing yield for the etching process using the amorphous carbon film 23 as an etching barrier. yield), and it is possible to easily realize high integration of semiconductor devices.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will appreciate that various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention are possible.

도 1a 내지 도 1b는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 공정단면도.1A to 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

도 2는 종래기술에 따른 반도체 소자의 문제점을 나타낸 이미지.Figure 2 is an image showing a problem of a semiconductor device according to the prior art.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 도시한 공정단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

*도면 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *

21 : 피식각층 21A : 피식각층패턴21: etched layer 21A: etched layer pattern

22, 23 : 비정질탄소막턴 23A : 비정질탄소막패턴22, 23: amorphous carbon film turn 23A: amorphous carbon film pattern

24 : 실리콘산화질화막 24A : 실리콘산화질화막패턴24 silicon oxynitride film 24A silicon oxynitride film pattern

25 : 포토레지스트패턴25: photoresist pattern

Claims (13)

피식각층 상에 비정질탄소막을 형성하는 단계;Forming an amorphous carbon film on the etched layer; 상기 비정질탄소막 내 수소를 제거하는 단계; 및Removing hydrogen in the amorphous carbon film; And 수소가 제거된 상기 비정질탄소막을 식각장벽으로 상기 피식각층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계Forming a pattern by etching the etched layer using the amorphous carbon film from which hydrogen is removed as an etch barrier 를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.Method of manufacturing a semiconductor device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수소를 제거하는 단계는,Removing the hydrogen, 상기 비정질탄소막에 불순물을 도핑하여 상기 비정질탄소막내 탄소-수소 결합을 분리시키는 단계; 및Doping impurities to the amorphous carbon film to separate carbon-hydrogen bonds in the amorphous carbon film; And 분리된 상기 수소와 도핑된 상기 불순물이 결합된 화합물을 제거하는 단계Removing the compound in which the hydrogen and the doped impurities are combined 를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.Method of manufacturing a semiconductor device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 불순물은 붕소(B)를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.The impurity is a manufacturing method of a semiconductor device containing boron (B). 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 불순물 도핑은 이온주입법을 사용하여 실시하는 반도체 소자의 제조방법.The impurity doping is performed using an ion implantation method. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 불순물 도핑은 20 ~ 100KeV 범위의 이온주입 에너지와 1×1017 ~ 1×1018 atoms/cm3 범위의 도즈량으로 붕소를 이온주입하는 반도체 소자의 제조방법. The impurity doping is a method of manufacturing a semiconductor device in which the ion implantation energy of boron in the ion implantation energy in the range of 20 ~ 100 KeV and the dose amount in the range of 1 × 10 17 ~ 1 × 10 18 atoms / cm 3 . 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 화합물을 제거하는 단계는,Removing the compound, 열처리를 통해 진행하는 반도체 소자의 제조방법. A method of manufacturing a semiconductor device that proceeds through heat treatment. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 열처리는 퍼니스열처리(furnace thermal process) 또는 급속열처리(rapid thermal process)를 사용하여 실시하는 반도체 소자의 제조방법.The heat treatment is a method of manufacturing a semiconductor device using a furnace thermal process (furnace thermal process) or a rapid thermal process (rapid thermal process). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피식각층은 불소(F)를 포함하는 가스, 산소(O)를 포함하는 가스 및 불소(F)를 포함하는 가스와 산소(O)를 포함하는 가스가 혼합된 혼합가스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 한 가스로 식각되는 물질막을 포함하는 반도체 소자의 제조방법.The etched layer is any one selected from the group consisting of a gas containing fluorine (F), a gas containing oxygen (O), and a gas containing fluorine (F) and a mixed gas in which a gas containing oxygen (O) is mixed. A method for manufacturing a semiconductor device comprising a material film etched with a gas. 질화막 상에 비정질탄소막을 형성하는 단계;Forming an amorphous carbon film on the nitride film; 상기 비정질탄소막에 붕소를 도핑하여 상기 비정질탄소막 내 탄소-수소 결합을 분리시키는 단계;Doping boron to the amorphous carbon film to separate carbon-hydrogen bonds in the amorphous carbon film; 분리된 상기 수소와 상기 붕소가 결합된 화합물을 제거하기 위한 열처리단계; 및A heat treatment step of removing the separated hydrogen and boron-bonded compound; And 상기 비정질탄소막을 식각장벽으로 상기 질화막을 식각하여 패턴을 형성하는 단계Etching the nitride layer using the amorphous carbon layer as an etch barrier to form a pattern 를 포함하는 반도체 소자의 제조방법. Method of manufacturing a semiconductor device comprising a. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 붕소는 이온주입법을 사용하여 도핑하는 반도체 소자의 제조방법.The boron is doped using an ion implantation method of manufacturing a semiconductor device. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 붕소는 20 ~ 100KeV 범위의 이온주입 에너지와 1×1017~ 1×1018 atoms/cm3 범위의 도즈량으로 이온주입하는 반도체 소자의 제조방법. The boron is ion implanted in the ion implantation energy range of 20 ~ 100 KeV and the dose amount of 1 × 10 17 ~ 1 × 10 18 atoms / cm 3 range. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 열처리는 퍼니스열처리(furnace thermal process) 또는 급속열처리(rapid thermal process)를 사용하여 실시하는 반도체 소자의 제조방법.The heat treatment is a method of manufacturing a semiconductor device using a furnace thermal process (furnace thermal process) or a rapid thermal process (rapid thermal process). 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 패턴을 형성하는 단계는,Forming the pattern, 불소(F)를 포함하는 가스, 산소(O)를 포함하는 가스 및 아르곤(Ar)가스가 혼합된 혼합가스의 플라즈마를 사용하여 실시하는 반도체 소자의 제조방법. A method for manufacturing a semiconductor device using plasma of a gas containing fluorine (F), a gas containing oxygen (O), and a mixed gas in which argon (Ar) gas is mixed.
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